CN101386141A - 一种混合直线回转快速刀具伺服装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现金刚石车削创成非回转对称光学曲面的大冲程高精密混合直线回转快速刀具伺服装置。该装置主要由直线快速刀具伺服、回转快速刀具伺服和支架组成，回转快速刀具伺服的无刷直流电机固定在支架顶部，并通过梅花式弹性联轴器与刀臂轴相连，刀臂轴由装在支架上的一对上、下气体静压轴承支撑，上、下气体静压轴承采用上、下迷宫密封和上、下轴承盖密封，刀臂固定在刀臂轴中部，刀具安装在刀臂前端，在支架底部刀臂轴的末端安装了用于测量角位移的光电编码器；所述的直线快速刀具伺服与回转快速刀具伺服固定联接，两者为运动解耦。本发明可实现刀尖相对于工件的快速往复直线和往复摆动运动，主要应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成。

Description

一种混合直线回转快速刀具伺服装置

技术领域

本发明涉及一种快速刀具伺服(Fast Tool Servo，以下简称FTS)装置，特别是涉及一种金刚石车削创成非回转对称(Non-Rotationally Symmetric，以下简称NRS)光学曲面的大冲程高精密混合直线/回转快速刀具伺服装置，属于精密加工和复杂光学元件加工等技术领域。

背景技术

NRS光学曲面可克服光学系统的各种像差，改善光学性能，减缩光学系统的尺寸，使光学系统轻量化。由于NRS光学曲面的卓越性能，这将使得突破性的光学设计成为可能，NRS光学曲面将不仅在空间探索和空中防御系统等领域中有着重要的应用，而且在其它面向消费者的工业领域也将日益受到关注。

近年来，基于FTS的金刚石车削被国际工程界和学术界普遍认为是创成NRS光学曲面的最有发展前途的、高效精密及低成本的加工方法，可以克服其它的NRS光学曲面加工方法的一些不足。图1示出了基于FTS的金刚石车削创成NRS光学曲面的原理。在图1中，工件安装在主轴上，主轴单元可沿X轴导轨移动，金刚石刀具安装在FTS上沿Z′轴作快速往复移动，而FTS安装在Z轴溜板上。NRS曲面定义为径向坐标x和主轴回转坐标θ的函数z(x，θ)。要创成NRS光学曲面，根据主轴绕Z轴的回转坐标θ(C轴)和金刚石刀具沿X轴横向进给的径向坐标x，对刀具的Z轴坐标z或/和FTS的Z′轴位置z′进行伺服控制。

根据刀具轨迹的运动型式，现有的FTS装置主要包括：直线型FTS和回转型FTS。这些FTS装置都是单自由度的，仅可实现刀尖相当于工件的往复直线或往复摆动运动。这类FTS的主要缺陷是，刀尖相对于被加工表面易发生几何干涉，难以实现微结构光学元件的加工；此外刀刃-工件的接触点始终在变化，导致切削力总是波动的，影响光学元件的加工质量。在超精密加工的其它一些领域，还提出了两个自由度以上的微动工作台，主要用于加工误差补偿。这些多自由度微动工作台还不能直接应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成，主要问题在于：结构复杂，静/动态特性难以满足NRS光学曲面加工的要求，尤其是多个自由度的运动耦合导致控制上的困难。

根据FTS的驱动技术，现有的FTS装置主要分为：基于压电效应的FTS、洛仑兹力型FTS、麦克斯韦力型FTS和基于磁致伸缩效应的FTS。这些FTS驱动方式的特点是：压电型FTS适合于高频响短行程场合；洛仑兹力FTS可获得毫米级的长行程；麦克斯韦力FTS则将超高频响性能发挥至最大；基于磁致伸缩效应的FTS尚未取得明显的效果。

为解决现有FTS存在的问题，本发明基于洛仑兹力型驱动方式，提供一种运动解耦的长行程高精密混合直线/回转FTS，可实现刀尖相对于工件的快速往复直线和往复摆动运动，主要应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成。本发明的主要优点在于：基于洛仑兹力型驱动，可获得FTS的大行程往复运动，从而适合NRS曲面加工有大行程需要的场合；实现了刀尖相对于工件的运动解耦的往复直线和往复摆动运动，克服了单自由度FTS的刀尖-工件干涉的问题，为主动控制切削力和表面质量提供了可行性，而且解耦的混合直线/回转运动，控制十分方便、易于实现；同时还具有结构紧凑、反冲力/矩较小等特点。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动解耦的大行程高精密混合直线回转快速刀具伺服装置，实现刀尖相对于工件的快速往复直线和往复摆动运动，以解决现有FTS存在的上述问题，主要应用于NRS光学曲面的金刚石车削创成。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种混合直线回转快速刀具伺服装置，主要由直线快速刀具伺服、回转快速刀具伺服和支架组成，所述的回转快速刀具伺服包括无刷直流电机7、刀臂10和光电编码器1，所述的无刷直流电机7固定在支架14顶部，并通过梅花式弹性联轴器6与刀臂轴相连，刀臂轴由装在支架14上的一对上、下气体静压轴承3，8支撑，上、下气体静压轴承8，3采用上、下迷宫密封9，11和上、下轴承盖5，2密封，刀臂10固定在刀臂轴中部，刀具安装在刀臂10前端，在支架14底部刀臂轴的末端安装了用于测量角位移的光电编码器1；所述的直线快速刀具伺服与回转快速刀具伺服固定联接，两者为运动解耦。

所述的支架14为一个整体结构，分为上、中、下三层，支架顶部14b设有与无刷直流电机7止口相配合的孔，该孔四周均布有安装回转电机7的螺纹孔，第一层安装梅花式弹性联轴器6，第二层和第三层分别为上轴承座13和下轴承座12，在轴承孔的四周均布有安装上、下轴承盖5，2和上、下迷宫密封的静止部分9a，11b的螺纹孔；支架14底部的两个支脚14a上分别设有与导轨滑块20固定连接的螺纹孔和销孔，在支架14中部两侧的侧板上分别设有一个防止与刀臂10运动发生干涉的槽14c，在支架14的上部和中部的后侧，分别开有安装零部件的方形孔14d，14e。

所述的上、下气体静压轴承8，3采用小孔节流器，进气孔均布在气体静压轴承的端面，每个进气孔设有双排小孔节流器；所述的上、下迷宫密封9，11采用的轴向密封形式，分为上、下静止部分9a，11b和上、下转动部分9b，11a，上、下静止部分9a，11b通过螺纹联接固定在上、下轴承座13，12上，上、下转动部分9b，11a通过螺纹联接固定在刀臂轴上，并随刀臂轴转动；所述的上轴承座13的上端和下轴承座12的下端通过上、下轴承盖2，5密封，上、下轴承盖2，5都用螺纹联接分别固定在上、下两个轴承座13，12上，上、下轴承盖2，5上分别设有用于安装上、下气体静压轴承8，3的供气管道孔。

所述的刀臂10由刀具高度调整结构4调整，刀具高度调整结构4包括楔形块4A和调节螺钉4B，刀臂10设有与楔形块4A相匹配的楔形槽，调节螺钉4B与楔形块4A连接，通过调节位置不变的调节螺钉4B来调节楔形块4A在楔形槽内的位置；所述的刀具选择单点金刚石刀具；所述的光电编码器1采用具有低转动惯量、高分辨率的空心联轴节式光电编码器。

所述的直线快速刀具伺服包括精度不同的光栅尺次尺15和光栅尺主尺16、直线电机初级17、直线电机次级18、气体静压导轨、导轨滑块20和16个多孔制节流器，导轨基座14和导轨滑块20方别与直线电机初级17和直线电机次级18通过螺纹连接固定，直线电机次级18带动导轨滑块20沿气体静压导轨做往复快速运动，精度不同的光栅尺次尺15和光栅尺主尺16分别与导轨滑块20和导轨基座19通过螺纹联接固定。

所述的导轨滑块20的长度大于导轨基座19的长度，节流器、供气管道和供电线路设在导轨基座19上，气体静压导轨为采用由陶瓷圆垫制成的多孔制节流器，多孔制节流器的安装孔设在导轨基座19的两个对称的四棱柱结构上，在两个四棱柱的上表面2a，2b和侧面2c，2d分别各设有4个多孔制节流器的安装孔4a，4b，4c，4d，导轨滑块20由导轨滑块20与导轨基座19之间的气膜支撑，在两个四棱柱中间设有形成二次节流的浅沟槽3a，3b，3c，3d，导轨滑块20的4个气浮表面2A，2B，2C，2D分别依次与导轨基座19的气浮表面2a，2b，2c，2d相对应，以形成供气后的支撑气膜，导轨滑块20顶部设有与支架14的支脚相匹配的沟槽20a，20b，其中还包括4螺纹孔和1个销孔。

所述的直线电机是具有极大推力的有铁心直线电机，直线电机的初级17通过螺纹联接固定在导轨基座14的内侧下部S1上，直线电机的次级18通过螺纹联接固定在导轨滑块的底部S2上。

所述的光栅尺主尺16通过螺纹联接分别固定在导轨基座19外侧的底部6a，6b；所述的光栅尺次尺15通过螺纹联接分别固定在在导轨滑块20两侧的下部1A，1B，将精光栅尺最大允许移动速度作为精、粗光栅尺信号的切换点，在导轨速度低于精光栅尺最大允许移动速度时精光栅尺的检测信号有效，在导轨速度高于精光栅尺最大允许移动速度时粗光栅尺的检测信号有效。

本发明的回转FTS能够使金刚石刀具具有很高的加速度46g和低转速额定转速为1000rpm，直线FTS具有高承载1200N和高刚度950N/μm以支撑回转FTS，并能使回转FTS获得较高的加速度7g，从而确保刀具在回转和直线两个方向上都具有较高的加速度，实现金刚石车削创成NRS光学曲面。

附图说明

图1是基于FTS的金刚石车削创成NRS光学曲面的原理图。

图2是回转FTS的内部结构示意图。

图3(a)是回转FTS支架的正面结构示意图；

图3(b)是回转FTS支架的背面结构示意图。

图4是刀臂的总成结构示意图。

图5是回转FTS的总体结构示意图。

图6(a)是气体静压导轨基座的结构示意图；

图6(b)是气体静压导轨基座另一角度的结构示意图。

图7(a)是气体静压导轨滑块的结构示意图；

图7(b)是气体静压导轨滑块另一角度的结构示意图。

图8是直线FTS的总体结构示意图。

图9是混合直线/回转FTS装置的总体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例进一步说明对本发明的具体内容及其工作过程。

图2示出了回转FTS的内部结构。为表示清楚起见，在图2中移去了回转FTS的支架14。在图2中，1表示光电编码器，2表示下轴承盖，3表示下气体静压轴承，4表示刀具高度调整结构，包括：楔形块4A和调节螺钉4B，5表示上轴承盖，6表示梅花式弹性联轴器，7表示的是无刷直流电机，8表示上气体静压轴承，9a表示上迷宫密封的静止部分，9b表示上迷宫密封的回转部分，10表示刀臂(包括其配重)，11a表示下迷宫密封的回转部分，11b表示下迷宫密封的静止部分。参阅图2：无刷直流电机7通过梅花式弹性联轴器6与刀臂轴相连，带动刀臂轴做回转运动。刀臂10和其配重紧固在刀臂轴上，从而随着刀臂轴一起做回转运动。刀臂轴由气体静压轴承支撑，上气体静压轴承8的下端和下气体静压轴承3的上端采用迷宫密封，上气体静压轴承8的上端和下气体静压轴承3的下端采用轴承盖密封，供气管道也由轴承盖进入。刀具的高度由调节螺钉4B和楔形块4A来调整。刀具的角位移由光电编码器1来测量。

图3示出了回转FTS的支架结构。参阅图3(a)：12表示下轴承座，13表示上轴承座，14a表示支架14底部两侧的支脚，14b表示支架14的顶部，14c表示支座中部两侧的槽；参阅图3(b)：14d表示支架14上部后侧的方形孔，14e表示支架14中部后侧的方形孔。支架支脚14a设有螺纹孔和销孔，回转FTS通过支脚14a与直线FTS的导轨滑块20通过螺纹联接和销联接固定相连。两个轴承座12，13上的轴承孔与轴承外圈要间隙配合，轴承孔周围均布着六个螺纹孔，用于固定联接迷宫密封9，11和轴承盖2，5。支架14顶部14b上的圆孔与电机止口相匹配，周围均匀分布的4个螺纹孔，用于与无刷直流电机7固定联接。支架14中部两侧的槽14c是为了防止与刀具的回转运动发生干涉。支架14后侧的方形孔14d，14e是为了给安装零件留出足够的空间，同时中部后侧的方孔14e也是为了在使用双刀臂时防止发生干涉。

图4示出了刀臂总成的总体结构。10表示刀臂，4A表示楔形块，4B表示调节螺钉，H1表示用于减轻刀臂质量，即减少刀臂转动惯量的三角形孔。通过调节位置不变的调节螺钉4B来调节楔形块4A在楔形槽中的位置，从事实现调整刀具高度。

图5示出了回转FTS的总体结构。在图5中，1表示光电编码器，由于视角的原因，下轴承盖2在图5中未表示出来，5表示上轴承盖，6表示梅花式弹性联轴器，7表示无刷直流电机，9表示上迷宫密封，10刀臂，11表示下迷宫密封，12表示下轴承座，13表示上轴承座，14表示支架。参阅图5：图2所示的回转FTS内部结构由支架14支撑，无刷直流电机7安装在支架14顶部，支架14上部用于安装联轴器6，两个气体静压轴承3，8安装于对应的轴承座12，13内部，因此在图5中无法表示出来。上、下迷宫密封9，11和上、下轴承盖5，2分别安装在上、下轴承座13，12的两端。支架14中部用于安装刀臂总成和刀具，支架14的下部安装了光电编码器1。

图6示出了直线FTS中气体静压导轨19，20的基座19结构。在图6(a)和图6(b)中，1a和1b表示的是供气管道接入口，2a、2b、2c和2d表示的是基座19的4个气浮表面，3a、3b、3c和3d表示的是气浮表面开设的用于形成二次节流的浅沟槽。4a、4b、4c和4d表示的是用于安装多孔制节流器的圆孔，一共16个。供气后，气体经过节流器节流形成气膜支撑导轨的滑块20和回转FTS。S1表示的是安装直线电机初级17的部位。6a和6b表示的是安装光栅尺主尺16的部位。

图7示出了直线FTS中气体静压导轨滑块20的结构。在图7(a)和图6(b)中，1A和1B表示的是安装光栅尺次尺15的部位，2A、2B、2C和2D表示的是导轨滑块20的4个气浮表面。这些分别依次与图6中的2a、2b、2c和2d所表示的导轨基座19的4个气浮表面相对应，供气后形成支撑气膜。S2表示安装直线电机次级18的部位。

图8示出了直线FTS的总体结构。在图8中，15表示光栅尺次尺，16表示光栅尺主尺，17表示直线电机初级，18表示直线电机次级，19表示气体静压导轨的基座，20表示气体静压导轨滑块，由于16个多孔质节流器在气体静压导轨和导轨滑块内部，因此在图8中未显示。参阅图8：在导轨滑块20上的左右两端各有一个矩形槽20a，20b，在两个矩形槽20a，20b内设有螺纹孔和销孔，它们与回转FTS支架支脚14a上的螺纹孔和销孔相匹配。导轨的滑块20的长度大于导轨基座19的长度，比导轨基座19长出的部分要满足气体静压导轨的行程。

图9示出了混合直线/回转FTS的总体结构。在图9中，1表示光电编码器，5表示上轴承盖，6表示梅花式弹性联轴器，7表示无刷直流电机，9表示上迷宫密封，10表示刀臂总成，11表示下迷宫密封，12表示下轴承座，13上表示轴承座，14表示回转FTS的支架，15表示光栅尺次尺，16表示光栅尺主尺，17表示直线电机初级，18表示直线电机次级，19表示导轨基座，20表示导轨滑块。由于视角的原因，下轴承盖2和楔形块4在图9中未显示出来，由于上、下气体静压轴承8，3安装在上、下轴承座12，13内部，16个多孔质节流器在气体静压导轨和导轨滑块内部，因此它们在图9中无法显示出来。由图9显示，回转FTS的支架14的支脚安装于导轨滑块20顶部的两个矩形槽20a，20b内。

混合直线/回转FTS装置作为辅助运动轴安装在一台精密CNC车床上，利用无刷直流电机7驱动回转FTS的刀臂10作快速往复摆动，金刚石刀具安装在摆动刀臂10上，刀尖高度可调整。利用直线电机初级、次级17，18驱动直线FTS平台作往复移动，从而带动回转FTS实现往复移动。采用高分辨率的光电编码器1和光栅尺次尺、主尺15，16，分别测量回转FTS的角位移和直线FTS的直线位移。

为了使回转FTS具有很高的刚度，其支架14设计为一个整体结构，共分三层。支架14顶部14b设有与无刷直流电机7止口配合的孔，该孔四周均匀分布4个螺纹孔，用于安装无刷直流电机7。第一层支架14的上部用于安装梅花式弹性联轴器6。第二层中部、上轴承座13和第三层下部、下轴承座12设有轴承孔用于安装上、下气体静压轴承8，3，在轴承孔的四周均匀6个螺纹孔，用于安装上、下轴承盖5，2和上、下迷宫密封9，11。支架14的底部的两个支脚14a的前后两端分别设有4个螺纹孔，中间设有一个销孔，用于与气体静压导轨20的滑块20连接。在支架14中部两侧的侧板上分别设有一个槽14c，以防止与刀臂10运动发生干涉。在支架14的上部和中部的后侧，分别开有一个方形孔14d，14e，分别为安装零件、吸尘器提供空间，若设计成双刀臂，方形孔14e也可以防止发生运动干涉。

回转FTS由支架14支撑，用于驱动回转FTS的无刷直流电机7通过螺纹连接固定在支架14的顶部14b，电机止口与支架顶部14b的孔配合。该无刷直流电机7首先要具有高转矩惯量比，从而使回转FTS获得很高的加速度。其次，该电机要具有较低的额定转速，以便容易实现刀具的轨迹生成。电机轴通过梅花式弹性联轴器6与刀臂轴相连，带动刀臂轴作往复摆动，同时梅花式弹性联轴器6可以消除电机7的扰动对刀臂10的影响。

刀臂轴由具有高回转精度、高承载、高刚度的一对上、下气体静压轴承8，3支撑，上、下气体静压轴承3，8还具有摩擦损耗小、耐高温、无污染或少污染、温升低等优点，另外可以与直线FTS的气体静压导轨和导轨滑块20共用一个空气压缩机。上、下气体静压轴承8，3采用小孔节流器，这是因为小孔节流形式的气体静压轴承不但应用最广、容易加工，而且能使轴承具有高承载和高刚度。该轴承的6个通气孔均匀分布在轴承一个断面，每个通气孔设计有两排小孔节流器，即每个轴承有12个小孔节流器。

上、下气体静压轴承8，3采用一对上、下迷宫密封9，11作为密封装置，上、下迷宫密封9，11采用的是轴向密封形式，这样不但可以节省空间，而且通过重力作用增强密封效果。上、下迷宫密封9，11由固定部分9a，11b和回转部分9b，11a组成，分别安装在两个轴承座13，12之间，即上轴承座13的下端和下轴承座12的上端。固定部分9a，11b通过螺纹联接与支架14固定联接，回转部分9b，11a通过螺纹联接固定在刀臂轴上，随刀臂轴一起转动，密封槽间的润滑脂可以为回转FTS提供一定的回转阻尼。上轴承座13上端和下轴承座12的下端通过上、下轴承盖5，2密封，两个轴承盖都用螺纹联接分别固定在上、下两个轴承座13，12上，两个轴承盖分别设计有6个孔，用于安装气体静压轴承的供气管道。

为了增强刀臂10的刚度，刀臂10设计成锥形，其长度是其最宽部位长度的两倍。设计了刀具高度调整结构4，包括楔形块4A和调节螺钉4B。刀臂10上设计有与楔形块4A相匹配的楔形槽，调节螺钉4B与楔形块4A连接，通过调节位置不变的调节螺钉4B来调节楔形块4A在楔形槽中的位置，从而实现刀具高度的微调。刀具选择单晶体金刚石刀具。

为了精确测量刀具的角位移，使测量精度达到5μrad，采用具有低转动惯量、高分辨率的空心联轴节式光电编码器1测量刀具的角位移。

导轨滑块20的长度大于基座19的长度，节流装置设计在导轨基座19上，因此供气管道、供电线路也都设计在导轨基座19上。导轨采用多孔制节流器，多孔制节流器由多孔制陶瓷圆垫制成。节流器的安装孔设计在导轨基座19的两个对称的四棱柱结构上，在这两个四棱柱的上表面2a，2b和侧面2c，2d分别各设有4个多孔制节流器的安装孔4a，4b，4c，4d，导轨滑块20与导轨基座19之间的气膜支撑导轨滑块20，并在棱柱中间设计了浅沟槽3a，3b，3c，3d形成二次节流，以提高承载、刚度和阻尼。导轨滑块20顶部的左右两端分别设计有用于安装回转FTS支脚相匹配的沟槽结构20a，20b，其中还包括4螺纹孔和1个销孔。导轨滑块20的长度大于导轨基座19的长度，在供气时整个导轨基座19表面和整个导轨滑块20表面始终被气膜隔开，气膜不会随着导轨滑块20的移动而变化，导轨内的压力也就不会减小，从而使气体静压导轨基座和导轨滑块的刚度大大提高。同时，供气管道和供电线路设计在导轨基座19上，简化了导轨滑块20的结构、降低了其质量，并消除了由于供气管道和供电线路所产生的波动对其的影响，所以导轨基座和导轨滑块的刚度大大提高。

利用具有极大推力的有铁心直线电机作为直线FTS的驱动电机，目的是使整个FTS获得较高的加速度，直线电机初级17通过螺纹联接固定在导轨基座19的内侧下部，直线电机次级18通过螺纹联接固定在导轨滑块20的底部。

分别用一个低精度和一个高精度的光栅尺15，16共同测量直线FTS的直线位移，两个光栅尺主尺16通过螺纹联接分别固定在气体静压导轨基座19外侧的底部6a，6b，两个光栅尺次尺15通过螺纹联接分别固定在导轨滑块20两侧的下部1A，1B。将精光栅尺最大允许移动速度作为精、粗光栅尺信号的切换点，在导轨速度低于精光栅尺最大允许移动速度时精光栅尺的检测信号有效，在导轨速度高于精光栅尺最大允许移动速度时粗光栅尺的检测信号有效。

Claims (8)

1、一种混合直线回转快速刀具伺服装置，主要由直线快速刀具伺服、回转快速刀具伺服和支架组成，其特征在于所述的回转快速刀具伺服包括无刷直流电机(7)、刀臂(10)和光电编码器(1)，所述的无刷直流电机(7)固定在支架(14)顶部，并通过梅花式弹性联轴器(6)与刀臂轴相连，刀臂轴由装在支架(14)上的一对上、下气体静压轴承(3，8)支撑，上、下气体静压轴承(8，3)采用上、下迷宫密封(9，11)和上、下轴承盖(5，2)密封，刀臂(10)固定在刀臂轴中部，刀具安装在刀臂(10)前端，在支架(14)底部刀臂轴的末端安装了用于测量角位移的光电编码器(1)；所述的直线快速刀具伺服与回转快速刀具伺服固定联接，两者为运动解耦。

2、根据权利要求1所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的支架(14)为一个整体结构，分为上、中、下三层，支架顶部(14b)设有与无刷直流电机(7)止口相配合的孔，该孔四周均布有安装回转电机(7)的螺纹孔，第一层安装梅花式弹性联轴器(6)，第二层和第三层分别为上轴承座(13)和下轴承座(12)，在轴承孔的四周均布有安装上、下轴承盖(5，2)和上、下迷宫密封的静止部分(9a，11b)的螺纹孔；支架(14)底部的两个支脚(14a)上分别设有与导轨滑块(20)固定连接的螺纹孔和销孔，在支架(14)中部两侧的侧板上分别设有一个防止与刀臂(10)运动发生干涉的槽(14c)，在支架(14)的上部和中部的后侧，分别开有安装零部件的方形孔(14d，14e)。

3、根据权利要求1所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的上、下气体静压轴承(8，3)采用小孔节流器，进气孔均布在气体静压轴承的端面，每个进气孔设有双排小孔节流器；所述的上、下迷宫密封(9，11)采用的轴向密封形式，分为上、下静止部分(9a，11b)和上、下转动部分(9b，11a)，上、下静止部分(9a，11b)通过螺纹联接固定在上、下轴承座(13，12)上，上、下转动部分(9b，11a)通过螺纹联接固定在刀臂轴上，并随刀臂轴转动；所述的上轴承座(13)的上端和下轴承座(12)的下端通过上、下轴承盖(2，5)密封，上、下轴承盖(2，5)都用螺纹联接分别固定在上、下两个轴承座(13，12)上，上、下轴承盖(2，5)上分别设有用于安装上、下气体静压轴承(8，3)的供气管道孔。

4、根据权利要求1所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的刀臂(10)由刀具高度调整结构(4)调整，刀具高度调整结构(4)包括楔形块(4A)和调节螺钉(4B)，刀臂(10)设有与楔形块(4A)相匹配的楔形槽，调节螺钉(4B)与楔形块(4A)连接，通过调节位置不变的调节螺钉(4B)来调节楔形块(4A)在楔形槽内的位置；所述的刀具选择单点金刚石刀具；所述的光电编码器(1)采用具有低转动惯量、高分辨率的空心联轴节式光电编码器。

5、根据权利要求1所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的直线快速刀具伺服包括精度不同的光栅尺次尺(15)和光栅尺主尺(16)、直线电机初级(17)、直线电机次级(18)、气体静压导轨、导轨滑块(20)和16个多孔制节流器，导轨基座(14)和导轨滑块(20)方别与直线电机初级(17)和直线电机次级(18)通过螺纹连接固定，直线电机次级(18)带动导轨滑块(20)沿气体静压导轨做往复快速运动，精度不同的光栅尺次尺(15)和光栅尺主尺(16)分别与导轨滑块(20)和导轨基座(19)通过螺纹联接固定。

6、根据权利要求5所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的导轨滑块(20)的长度大于导轨基座(19)的长度，节流器、供气管道和供电线路设在导轨基座(19)上，气体静压导轨为采用由陶瓷圆垫制成的多孔制节流器，多孔制节流器的安装孔设在导轨基座(19)的两个对称的四棱柱结构上，在两个四棱柱的上表面(2a，2b)和侧面(2c，2d)分别各设有4个多孔制节流器的安装孔(4a，4b，4c，4d)，导轨滑块(20)由导轨滑块(20)与导轨基座(19)之间的气膜支撑，在两个四棱柱中间设有形成二次节流的浅沟槽(3a，3b，3c，3d)，导轨滑块(20)的4个气浮表面(2A，2B，2C，2D)分别依次与导轨基座(19)的气浮表面(2a，2b，2c，2d)相对应，以形成供气后的支撑气膜，导轨滑块(20)顶部设有与支架(14)的支脚相匹配的沟槽(20a，20b)，其中还包括4螺纹孔和1个销孔。

7、根据权利要求5所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的直线电机是具有极大推力的有铁心直线电机，直线电机的初级(17)通过螺纹联接固定在导轨基座(14)的内侧下部(S1)上，直线电机的次级(18)通过螺纹联接固定在导轨滑块的底部(S2)上。

8、根据权利要求5所述的一种混合直线回转快速刀具伺服装置，其特征在于所述的光栅尺主尺(16)通过螺纹联接分别固定在导轨基座(19)外侧的底部(6a，6b)；所述的光栅尺次尺(15)通过螺纹联接分别固定在在导轨滑块(20)两侧的下部(1A，1B)，将精光栅尺最大允许移动速度作为精、粗光栅尺信号的切换点，在导轨速度低于精光栅尺最大允许移动速度时精光栅尺的检测信号有效，在导轨速度高于精光栅尺最大允许移动速度时粗光栅尺的检测信号有效。

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